兆瓦级风力发电机偏航系统的维护与维修.docx

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兆瓦级风力发电机偏航系统的维护与维修

酒泉职业技术学院

毕业设计（论文）

12级风能与动力技术专业

题目：

兆瓦级风力发电机偏航系统的维护与维修

毕业时间：

二O一二年六月

学生姓名：

孙远航

指导教师：

程明杰

班级：

12风电1班

2014年06月20日

酒泉职业技术学院12届各专业

毕业论文（设计）成绩评定表

姓名

孙远航

班级

12风电1班

专业

风能与动力技术

指导教师第一次指导意见

年月日

指导教师第二次指导意见

年月日

指导教师第三次指导意见

年月日

指导教师评语及评分

成绩：

签字（盖章）年月日

答辩小组评价意见及评分

成绩：

签字（盖章）年月日

教学系毕业实践环节指导小组意见

签字（盖章）年月日

学院毕业实践环节指导委员会审核意见

签字（盖章）年月日

说明：

1、以上各栏必须按要求逐项填写.。

2、此表附于毕业论文（设计）封面之后。

一、摘要

二、兆瓦级风机偏航系统简介

三、兆瓦级风机偏航系统的结构组成

四、兆瓦级风机偏航系统工作原理

五、兆瓦级风机偏航系统常见故障与分析

六、兆瓦级风机偏航系统维护与维修

七、总结

参考文献

致谢

附录

兆瓦级风力发电机的维护与维修

摘要：

作为一种无污染的可再生能源，风能的开发有着很大的经济、社会、环境价值和发展前景。

随着社会对新能源的急剧需求，我国风力发电机的单机容量已发展到兆瓦级机组，控制方式从基本的定桨距失速型控制转向变桨距控制，但这些与国际水平还有一定差距。

风力发电机设置偏航系统，可以使风轮最大程度地保持迎风状态，从而高效的利用风能，进一步降低发电成本，有效的保护风力发电机，是风力发电机必不可少的重要组成部分。

在风力发电机中，机械部件比电气部件更容易坏。

而机械部件中，偏航系统部件又是机械中经常出现故障的重点问题。

偏航系统故障的解决，也正是解决了风力发电机中机械部分的难点，对风力发电事业，有着更进一步的推动作用。

因此，本文将介绍兆瓦级风力发电机偏航系统的基本结构，基本功能及风力发电机偏航系统的工作原理，风力发电机偏航系统的故障分析及相关故障的解决措施等相关问题。

关键词兆瓦级风力发电机偏航系统故障维护维修

第二节兆瓦级风机偏航系统简介

一、偏航系统的功能

偏航系统是风力发电机中的一个重要部分。

偏航系统通常其主要功能有两个:

（一）偏航系统与风力发电机组的控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率。

（二）偏航系统是保障风力发电机组的安全运行。

（三）解缆和扭缆保护。

二、风力发电机偏航系统分类

风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。

主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，被动偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式。

风力发电机的偏航系统能够在风速矢量的方向变化时快速平稳对准风向，使风机获得最大的风能。

大中型风机一般都会采用偏航系统来调整风机轮毂并使其对准风向。

精密的测风仪器将检测信号传输给电脑化控制器，经过分析后驱动偏航控制系统的电机和齿轮箱使风机尽可能的减少风能损失，提高了风机系统的工作效率。

为了保证风力发电系统的安全，偏航控制系统不断对风机进行主动式稳定控制。

三、风机偏航系统对风情况

当60秒平均风向角度持续20秒小于155度时,风机向左偏航对风;当60秒平均风向角度持续3.5分钟小于171度时,风机向左偏航对风,当30秒平均风向角度持续3秒大于175时,风机停止向左偏航。

当60秒平均风向角度持续20秒大于205度时,风机向右偏航对风;当60秒平均风向角度持续3.5分钟大于189度时,风机向左偏航对风,当30秒平均风向角度持续3秒小于185时,风机停止向右偏航

第三节兆瓦级风机偏航系统的结构组成

。

一偏航系统结构组成

偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、扭揽保护装置、偏航液压回路等几个部分组成。

偏航系统的一般结构，如下图所示

（一）偏航轴承

偏航轴承的轴承内外圈分别与机组的机舱和塔体用螺栓连接。

轮齿可采用内齿形式或外齿形式。

外齿形式是轮齿位于偏航轴承的外圈上，加工相对来说比较简单。

外齿形式是轮齿位于偏航轴承的内圈上，啮合受力效果较好，结构紧凑。

偏航轴承系统结构简图、偏航齿圈的结构简图，如下图所示

（二）驱动装置

驱动装置一般由驱动电动机、驱动马达、减速器、传动齿轮、轮齿间隙调整机构等组成。

偏航驱动装置要求起动平稳，驱动装置的结构简图，如下图所示

（三）偏航制动装置

偏航制动器一般采用液压拖动的钳盘式制动器，制动器应在额定负载下，制动力矩平稳，其值应不小于设计值。

其结构简图，如下图所示

（四）偏航计数器

偏航计数器是记录偏航系统旋转圈数的装置，当偏航系统旋转的圈数达到设计所规定的初级解缆和终极解缆圈数时，计数器则给控制系统发信号使机组自动进行解缆。

计数器一般是一个带控制开关的蜗轮蜗杆装置或是与其相类似的程序。

（五）扭揽保护装置

扭揽保护装置是偏航系统必须具有的装置，它是出于失效保护的目的而安装在偏航系统中的。

它的作用是在偏航系统的偏航动作失效后，电缆的扭绞达到威胁机组安全运行的程度而触发该装置，使机组进行紧急停机。

一般情况下，这个装置是独立于控制系统的，一旦这个装置被触发，则机组必须进行紧急停机。

扭揽保护装置一般由控制开关和触点机构组成控制开关一般安装与机组的塔架内壁的支架上，触点机构一般安装与机组悬垂部分的电缆上。

当机组悬垂部分的电缆绞到一定程度后，触点机构被提升或被松开触发控制开关。

第四节兆瓦级风机偏航系统工作原理

一、偏航系统工作原理

（一）为了使风机的桨叶转子工作时始终朝向某个方向，在风机内设计了偏航系统，精密的侧风仪器将测到的信号穿给电脑的软件，经过分析后驱动偏航系统的电机和齿轮箱使风机尽可能的减少风能损失，增加有效工作时间。

（二）偏航刹车主机室的转动方向应该是按指令的方向转动的。

当偏航系统转动时，液压刹车系统处于释放状态，当偏航电机停止转动时，液压刹车系统处于刹车状态，将主机室固定在相应的位置上。

（三）在偏航系统中包括电缆防缠绕检测器，防止在主机室根据风向在转动时使内部的电缆通过缠绕而损坏。

如果电缆遇到缠绕，那么在主机室下次转动时，根据电缆缠绕的情况，主机室将做出相应的转动，使被缠绕的电缆重新回到原来的位置上。

（四）偏航系统的驱动部分由三个交流电机和行呈式齿轮箱组成。

偏航驱动部件安装在主机托盘的下方，一个过渡小齿轮连接在偏航轴承外齿环和在塔身上的固定

第五节兆瓦级风机偏航系统常见故障及分析

一、兆瓦级风机偏航系统常见故障与分析

（一）齿圈齿面磨损原因

1.齿轮副的长期啮合运转。

2.相互啮合的齿轮副齿侧间隙中渗入杂质。

3.润滑油或润滑脂严重缺失使齿轮副处于干摩擦状态。

（二）液压管路渗漏原因

1.管路接头松动或损坏。

2.密封件损坏。

（三）偏航压力不稳定原因

1.液压管路出现渗漏。

2.液压系统的保压储能装置出现故障。

3.液压系统元器件损坏。

（四）异常噪声原因

1.润滑油或润滑脂严重缺失。

2.偏航阻尼力矩过大。

3.齿轮副轮齿损坏。

4.偏航驱动装置中油位过低。

（五）偏航定位不准确原因

1.风向标信号不准确。

2.偏航系统的阻尼力矩过大或过小。

3.偏航制动力矩达不到机组的设计值。

4.偏航系统的偏航齿圈与偏航驱动装置的齿轮之间的齿侧间隙过大。

（六）偏航计数器故障原因

1.连接螺栓松动。

2.异物侵入。

3.连接电缆损坏。

4.磨损。

（七）偏航电机经常因为过载或者轴头轴承损坏而引起偏航故障；

（八）偏航减速器的齿头因为固定螺栓等级不够，经过过多的振动，引起螺栓松动，最后损害偏航齿头内部齿轮；（九）偏航电机经常因为过载或者轴头轴承损坏而引起偏航故障；（十）偏航减速器的齿头因为固定螺栓等级不够，经过过多的振动，引起螺栓动，最后损害偏航齿头内部齿轮；（十一）由于偏航减速器内部齿轮质量不高，热处理不到位，引起内部齿轮经常备上级齿轮打坏；（十二）由于偏航系统大齿轮是由五块弧型齿条构成，这样，在两个齿条连接处，其连接如果不紧凑，焊接质量不高的情况下，连接处的齿轮容易被打掉；（十三）偏航减速器里面充满了润滑油，但经过长时间的运转，其油性都已经有了变化，但是，没有得到及时的处理，也会造成偏航系统问题。

第六节偏航系统的维护与维修

一、风机偏航系统常见问题及解决措施

　　风力发电机偏航系统常见故障有偏航位置故障、右偏航反馈丢失、偏航位置传感器故障、左偏航反馈丢失和偏航速度故障（偏航过载）。

（一）偏航位置故障

　　当风机处于无故障状态时,模块-120DO8的1号插线端子的yawsystemenable信号始终为高电平信号,输出直流24V,继电器-114K8的线圈得电触点吸合。

空气开关-102Q2始终闭合（除非人为打开或过负载跳开）。

因此接触器-103K4的线圈始终得电,其触点始终是吸合的。

当风机检测其向左或向右偏航的角度超过920度并持续2秒钟风机报偏航位置故障。

偏航位置大于设定值。

　　执行正常停机过程,可以自动复位。

角度信号由机舱位置传感器-109A3上的滑变电阻器得到。

（二）偏航位置传感器故障

　　检查由模块到机舱位置传感器的接线,若接线正常,检查机舱位置传感器是否能正常工作并检查电阻阻值是否正常,若不正常则证明机舱位置传感器的滑线电阻损坏,若以上检查都正常,则可以拆下机舱位置传感器,旋转凸轮改变电阻看系统显示的偏航位置变化能否正常,不正常则更换相应模块。

同时还要检查系统设置的解缆参数是否正确。

当风机持续4秒钟检测的偏航位置信号小于10（数值小于10代表输入的信号有错误,输出数据的大小与模块的处理方式有关,参见相关模块的使用说明书）,则风机报偏航位置传感器故障故障。

输入的偏航位置信号有问题小于设定值。

　　执行正常停机过程,可以自动复位。

（三）偏航速度故障（偏航过载）

　　检查由模块到机舱位置传感器的接线,若接线正常,检查机舱位置传感器是否能正常工作并检查电阻阻值是否正常,若不正常则证明机舱位置传感器的滑线电阻损坏,若以上检查都正常,则可以拆下机舱位置传感器,旋转凸轮改变电阻看系统显示的偏航位置变化能否正常,不正常则更换相应模块。

在风机向左或向右偏航时,持续70秒钟程序计算的偏航速度小于0.15度/秒时风机报偏航速度故障（偏航过载）。

偏航速度小于设定值。

　　执行正常停机过程,可以自动复位。

左偏航时偏航度数增大,右偏航时偏航度数减小。

（四）左、右偏航反馈丢失

　　发生这样的故障时一定要先检查相应得线路及接触器和空气开关是否正常,机舱内是否有异味,检查偏航电机的电阻是否正常,检查风机能否偏航,检查风机偏航时声音是否正常,检查偏航电磁阀能否正常工作等等,总之这个故障要根据发生故障时的现象具体分析,查找故障发生的原因并加以处理。

当风机发出向左偏航信号后持续4秒钟没有收到左偏航反馈信号,则风机报左偏航反馈丢失故障,同样当风机发出向右偏航信号后持续4秒钟没有收到右偏航反馈信号,则风机报右偏航反馈丢失故障。

　　执行正常停机过程,可以自动复位。

左偏航信号由-120DO2模块即KL2134的A3通道输出,左偏航反馈信号输入到-119DI7模块即KL1104的E4通道;右偏航信号由-120DO2模块即KL2134的A4通道输出,右偏航反馈信号输入到-119DI7模块即KL1104的E4通道。

偏航系统的故障问题的解决,也是解决了风力发电机中机械部分的难点,对风力发电事业,有着更进一步的推动和促进作用,在未来的风电事业中,将给人们带来更多的优点。

四、偏航系统的维护

（一）偏航系统零部件的维护

1.偏航制动器

（1）需要注意的问题：

液压制动器的额定工作压力；每个月检查摩擦片的磨损情况和裂纹。

（2）必须进行的检查：

检查制动器壳体和制动摩擦片的磨损情况，如有必要，进行更换；根据机组的相关技术文件进行调整；清洁制动器摩擦片；检查是否有漏油现象；当摩擦片的最小厚度不足2㎜时，必须进行更换；检查制动器连接螺栓的紧固力矩是否正确。

2.偏航轴承

（1）需要注意的问题：

检查轴承齿圈的啮合齿轮副是否需要喷润滑油，如需要，则喷规定型号的润滑油；检查是否有非正常的声音；检查连接螺栓的紧固力矩是否正确。

（2）必须进行的检查：

检查齿轮齿面的腐蚀情况；检查啮合齿轮副的侧隙；检查轴承是否需要加注润滑脂，如需要，加注规定型号的润滑脂。

3.偏航驱动装置

偏航驱动装置必须进行的检查：

检查油位，如低于正常油位应补偿规定型号的润滑油到正常油位；检查是否有漏油现象；检查是否有非正常的机械和电器噪声；检查偏航驱动装置紧固螺栓的紧固力矩是否正常。